夏河5.7級地震前湟源地震臺地下流體數據異常分析

王永剛，丁寧霞，孫 麗

(青海省地震局西寧地震臺，青海 西寧 810008)

0 引言

地震地下流體是地殼中較活躍的組分，當孕震區或外圍區介質發生差異性變化時，其變化強烈，分布較廣泛[1]。地震前兆機理研究表明，地震的孕育過程伴隨地下水物理與化學參量和逸出氣體濃度的異常變化，地下流體異常對孕震區和外圍區介質變化的響應靈敏，與區域構造活動關系密切[2-3]。鑒于以上原因，國內外專家學者從多方面開展對中強地震前地下流體異常的研究。劉耀煒等人在研究云南魯甸6.5級地震前地下流體典型異常后，認為區域應力加載作用可能會引起斷裂帶裂隙的開啟與閉合，導致溫泉和井水溫、深部氣體與承壓井水位的持續變化；水巖反應加劇和地下水混合作用增強，使地下水離子組分濃度發生變化，會導致顯著的宏觀異常[3]。鐘駿等在對新疆精河6.5級地震前的地下流體異常研究后認為，區域構造應力、應變的變化是深部氣體逸出和泥火山噴涌的主要原因[4-5]。高小其等在對新疆輪臺兩次地震前地下流體異常對比分析后得出，地震震級的不同和地震前兆異常的復雜性，可能是造成同一觀測點的不同測項間或同一測項在不同地震前異常迥異的原因[6]。

2019年10月28日01:56，甘肅省夏河縣(N35.10°，E102.69°)發生5.7級地震，震源深度10 km。此次地震的震中位于青海、甘肅兩省交界，兩省多地震感明顯。地震發生前，青海省多個臺站地下流體測項數據均出現異常變化。其中，湟源地震臺(以下簡稱湟源臺)的三項流體觀測中，數字化氣氡因儀器更新改造于2019年5月開始工作,觀測數據尚不穩定；數字化水溫和模擬水氡兩測項數據均出現異常變化。

1 湟源臺基本情況

湟源臺位于青海省湟源縣波航鄉，距湟源縣城9 km。臺站地處日月山構造帶，北為大坂山斷裂帶，南為拉脊山斷裂帶[7]?，F有數字化水溫、氣氡和模擬水氡三項地下流體測項，距夏河5.7級地震的震中約220 km(見第19頁圖1)。

圖1 夏河5.7級地震震中位置圖

2 地下流體異常情況

2.1 模擬水氡

湟源臺模擬水氡觀測始于1982年，泉點位于臺站附近約2 km的泉兒灣村。泉點性質為斷裂上升泉，水溫8 ℃，含氡量73 Bq/L，水流量約1 L/s。自正式觀測以來，水氡觀測數據一直連續穩定可靠。杜娟等對湟源臺水氡觀測結果研究后認為，觀測資料對北緯35°～38.5°、東經99°～104°范圍內的地震有較好的映震能力，震中距越近異常越明顯[8]。楊曉霞和張超美等人的研究認為，2016年門源地震前，湟源臺水氡出現快速下降的前兆異常[9-10]。羅賓生等在分析四川九寨溝7.0級地震前后湟源臺水氡的異常特征后，也認為水氡出現震前下降、震后回升的短臨異常特征[11]。

筆者統計1986年以來湟源臺周邊5.8級以上的地震，可以看出，震前-震后，水氡大多有較明顯的異常反應(見第19頁表1)。

表1 水氡觀測數據在周邊5.8級地震前后的異常特征統計表

2019年1月以來，湟源臺水氡觀測值一直呈緩慢下降態勢，速率約每月2 Bq/L，8月起略有加速。在10月6日后，數據下降趨勢發生變化，轉為低值持續，19日開始加速上升，至25日累計上升約7 Bq/L后，轉為高值起伏。在此過程中，28日發生夏河5.7級地震。之后，10月31日數據回落并轉平持續(見圖2)。

圖2 湟源水氡觀測值曲線圖

通過與該臺氣象三要素數據比對，看出，2019年8月至10月，湟源臺附近區域的氣溫、降雨量均無明顯突變。從變化形態上看，氣壓數據在此時段起伏周期變大；從量值上看，變化并不突出。因此，排除受氣象因素影響的可能性(見圖3)。另外，隨著退牧還草項目的實施，泉點所處的泉兒灣村已進行整體搬遷?，F泉點周圍未發現其他外界干擾源。綜合分析認為，此次水氡的轉折變化真實可靠。

圖3 氣象三要素和水氡觀測值曲線圖

2.2 數字化水溫

湟源臺水溫觀測井位于臺站院內,為靜水位井。井深105.3 m，水位埋深8.6 m，為基巖裂隙水。水溫探頭深度為100 m，屬淺層水溫，使用的是SZW-Ⅱ型數字式溫度計。自2007年7月開始觀測以來，水溫一直呈緩慢上升的態勢。2019年8月起，上升速率明顯加快，由原來的每月0.000 7 ℃上升至0.001 8 ℃。為驗證數據變化的真實性，青海省地震局于9月4日在井內架設對比觀測儀器。經過一段時間的觀測，二者數據變化同步。預報中心專家經過現場核實，認為湟源臺水溫數據的變化真實，具有一定的可信度，屬地震前兆異常的可能性較大(1)馬茹瑩，劉磊,孫璽皓,等.2019年9月19日湟源淺層水溫核實報告，2019.。10月9日起，數據還發生一系列明顯的階升階降變化，最大變幅0.023 ℃，在此過程中發生夏河5.7級地震(見圖4)。之后，數據仍持續階升階降。12月11日后，階變消失，數據恢復到原來的緩慢上升態勢。

圖4 水溫觀測值曲線圖

3 對比分析

通過對這兩個測項數據的對比分析看出，湟源臺模擬水氡和數字化水溫在2019年8月起都出現加速變化。兩井的空間距離約2 km，井孔性質完全不同，觀測項目也不同，但觀測數據基本同步發生變化。可得出，引起這兩個測項發生變化的應該為同一種因素所致。由于兩測項分別屬于地球物理和地球化學，其觀測機理不同，導致各種影響因素對兩測項的影響方式也不相同，出現兩測項變化時間和形態的差異。

同時，對湟源臺的鉆孔應變觀測數據進行分析后發現，在8月20日左右，觀測數據發生轉折變化，表明當地區域應力場發生變化(見第21頁圖5)。劉耀煒等人的研究結果表明，在孕震中短期階段，震源區及外圍敏感區地殼巖石在區域應力作用下，會使含水巖體發生彈性形變，改變含水(氣)層導水性能，因而產生地下流體緩升或緩降型趨勢異常[1]。由此可見，含水巖石受應力作用發生形變是地下流體出現異常的主要原因。

圖5 水氡、水溫、鉆孔應變觀測曲線圖

夏河5.7級地震前，湟源臺地下流體異常變化的開始時間早于地殼形變數據轉折變化出現的時間。分析認為，可能是地下流體測項和地殼形變測項的觀測原理不同，其觀測數據對于地下應力場的感應方式有所不同，造成兩者出現變化的時間存在差異。

4 結論與討論

通過以上分析，可得出如下結論：

(1) 2019年10月28日甘肅夏河5.7級地震前，湟源臺水氡和水溫觀測數據在當年8月初開始出現同步異常變化，由于兩測項的觀測機理不同，導致其受到同一因素的影響出現的變化形態不同。

(2) 湟源臺的形變觀測數據至8月20日左右出現轉折變化，相比流體的變化滯后20 d。造成這一差異的原因，可能是地下流體測項和地殼形變測項的觀測原理不同，其觀測數據對地下應力場的感應方式也有所不同，導致兩者出現變化的時間存在差異。

感謝馬茹瑩等人在該文完成過程中的幫助和指導！